Willkommen! Was ist eigentlich der Unterschied zwischen einem Biocomputer und einem herkömmlichen Computer? Und wie funktioniert der Prozess, mit organischem Material Berechnungen durchzuführen? Entdecke spannende Fakten über die Biocomputing-Technologie.
Was ist Biocomputing?
Biocomputing bezeichnet Geräte, die aus biologischem Material bestehen und logische Operationen mithilfe biochemischer Prozesse ausführen können.
Was unterscheidet Biocomputer von normalen Computern?
Während herkömmliche Computer Chips verwenden, um logische Operationen durchzuführen, nutzen Biocomputer biologische Verbindungen wie Enzyme, Proteine und DNA. Faszinierend, dass diese organischen Bestandteile dieselbe Rolle übernehmen können wie ein Chip, oder?
Wie funktioniert dieser Prozess genau?
Die Enzyme agieren als Recheneinheiten, die DNA übernimmt die Datenspeicherung, und die Proteine sind für die Übertragung dieser Daten zuständig.
Im Gegensatz zum klassischen Binärsystem verfügt die DNA über vier Nukleotide (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin), die sich stabil zur Codierung von Informationen einsetzen lassen.
Was bedeutet das für die Leistung?
Dieses System kann deutlich mehr Daten verarbeiten und sogar mehrere Operationen gleichzeitig ausführen.
Wusstest du, dass sogar viele Algorithmen herkömmlicher Computer auf biologischen Prozessen basieren? Begriffe wie Rekombination, Variation und Selektion werden genutzt, um effizientere Lösungen zu finden. Zum Beispiel orientieren sich genetische Algorithmen an der natürlichen Evolution, um ihre Ergebnisse zu optimieren, während evolutionäre Strategien durch Mutationen verbessert werden. Solche Ansätze werden unter anderem in KI-Modellen für komplexes Verhalten eingesetzt.
Ein reales Beispiel:
Das Unternehmen Finalspark hat ein System entwickelt, das den Fernzugriff auf einen Biocomputer ermöglicht – ähnlich wie Cloud Computing, aber auf biologischer Basis. Die Plattform Neuroplatform erlaubt es, über 100 Tage hinweg Tests auf einem Biocomputer durchzuführen. Finalspark verfügt über mehr als 1.000 Gehirn-Organoide. Schätzungen zufolge könnten diese Minigehirne Daten im Umfang von mehr als 18 Terabyte codieren. Organoide sind Mini-Gehirne, die in der Lage sind, bestimmte Funktionen des menschlichen Gehirns zu simulieren.
Wie gelingt es, das System ständig am Laufen zu halten?
Neuronale Vorläuferzellen werden kryokonserviert, anschließend aufgetaut, in neuralen Stammzellen kultiviert und in T25-Gefäßen vermehrt. In orbitalen Schüttlern differenzieren sie in P6-Platten. Danach werden sie manuell in ein MEA eingesetzt. Dieses verfügt über 4 Gruppen mit jeweils 8 Elektroden, also insgesamt 32. Jede Gruppe nimmt ein Organoid auf, das auf einer durchlässigen Membran platziert wird, sodass es mit den Elektroden interagieren kann. Diese übersetzen die Informationen.
Und wie werden biologische Prozesse als Algorithmen genutzt?
Stimulierung löst biochemische Reaktionen aus, die zu einem neuen biologischen Produkt führen. Dieses kann wiederum als Ergebnis einer Operation verwendet werden, z. B. um das Vorhandensein eines bestimmten Gens anzuzeigen.
Schon heute gibt es Biocomputer, die das menschliche Genom analysieren können. Sie sind in der Lage, Krankheiten zu diagnostizieren und sogar Behandlungen vorzuschlagen. Zudem werden sie eingesetzt, um große Datenmengen zu Umweltfaktoren auszuwerten oder um personalisierte Krebsbehandlungen zu entwickeln, die auf den genetischen Daten eines Patienten beruhen und mögliche Nebenwirkungen voraussagen können. Ebenso erforscht man ihre Anwendung zur Steigerung der Enzyme Effizienz und Proteinproduktion.
Welche Vorteile bieten Biocomputer gegenüber normalen Computern?
Sie arbeiten wesentlich energieeffizienter und sind umweltfreundlicher. Zum Vergleich: Das menschliche Gehirn besitzt mehr als 86 Milliarden Neuronen und verbraucht nur etwa 20 Watt.
Und die Nachteile von Biocomputern?
Da ihre Algorithmen auf chemischen Prozessen beruhen, kann die Umgebung störend wirken und sogar Fehler verursachen. Auch die Handhabung biologischer Materialien erfordert spezielles Laborwissen. Außerdem erreichen sie bislang nicht die Geschwindigkeit herkömmlicher Computer mit Chips.
Forscher der Universität Shanghai Jiao Tong entwickelten den ersten programmierbaren Biocomputer. In einem Experiment mit 18 genetischen Proben konnte er innerhalb von 2 Stunden korrekt zwischen gesunden und kranken Proben unterscheiden.
Beeindruckend ist, dass die Forschung zu dieser Technologie nicht erst heute beginnt, bereits in den 1990er-Jahren starteten erste Studien.
📚 Informationsquellen:
https://digitales-institut.de/der-aufstieg-des-biocomputers-eine-revolutionaere-technologie/
https://www.frontiersin.org/journals/artificial-intelligence/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
https://www.frontiersin.org/journals/artificial-intelligence/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
https://finalspark.com/neuroplatform/
https://comunidad-biologica.com/logran-crear-mini-cerebros-humanos-con-vasos-sanguineos-reales/
https://jabde.com/2024/07/12/playing-doom-on-a-molecular-computer/
https://www.thestack.technology/scientists-make-dna-computer-breakthrough/
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